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细胞生物学第八章细胞信号转导共64页

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第08章细胞信号转导-PPT精选文档

第08章细胞信号转导-PPT精选文档
接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信
号转导为胞内细胞信号，最终调节特定基因的表达， 引起细胞的应答反应的系列过程。
细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的
8
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
（二）信号分子与受体
1.信号分子
概念: 在细胞间或细胞内传递信息的化学分子。 化学信号：各类激素、局部介质和神经递质等。
细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第八章 细胞信号转导
教学要求：
1.掌握细胞通讯与信号传递。 2.理解细胞内受体介导的信号转导。 3.掌握蛋白耦联受体介导的信号转导。 4.掌握酶连受体介导的信号转导。
5.了解信号的整合与控制。
教学安排：4课时
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第一节 概述
多细胞生物有赖于细胞通讯与信号传递, 以协调各种细胞 的功能，维持一个繁忙而有序的细胞社会。 单细胞生物有时也需要细胞通讯与信号传递。 一、细胞通讯
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导
不同的细胞间通讯方式
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导
跨膜细胞信号转导的一般步骤：
特定的细胞合成并释放信号分子 ↓扩散或血循环 靶细胞 ↓ 信号分子与靶细胞受体特异性结合→受体激活 ↓ 活化受体对信号进行转换并启动细胞内信使系统 ↓ 靶细胞功能、代谢或发育的改变。 ↓
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导
第二信使学说（second messenger theory）
胞外化学物质（第一信使）不能进入细胞，它
作用于细胞表面受体，而导致产生胞内第二信使，
信号的解除并导致细胞反应终止
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细胞生物学—第八章 细胞信号转导

《细胞生物学》教学课件：08 细胞信号转导

《细胞生物学》教学课件：08 细胞信号转导

A. Mg2+ B. Ca2+
C. K+
D. Na+
• 在磷脂酰肌醇信号通路中，G蛋白的直接效应酶是
A. 腺苷酸环化酶 酶Cγ
B. 磷脂酶Cβ
C. 蛋白激酶C D . 磷脂
第一节 细胞信号转导概述
多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会，这种社会 性的维持不仅依赖于细胞的物质代谢与能量代谢， 还有赖于细胞通讯与信号传递，以协调细胞的行为。
酶连受体介导的信号跨膜传递
与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体， 已知的这类受体都为跨膜蛋白，当胞外配体与 受体结合即激活胞内段的酶活性． 一、受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
二、细胞表面其它与酶偶联的受体
酶偶联型受体（enzyme linked receptor）
有两类： • 其一是受体本身具有酶活性，
●信号转导系统
细胞通讯（cell communication）
一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应 的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建， 协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必不 可少的。
●细胞通讯方式：
P237
GPLR的失敏：
例：肾上腺素受体被激活后，10-15秒cAMP骤增，然后在不 到1min内反应速降，以至消失。
受体活性快速丧失（速发相）---失敏（desensitization）；
机制：受体磷酸化 。受体与Gs解偶联，cAMP反应停止 并被PDE降解。
两种Ser/Thr磷酸化激酶：
PKA 和肾上腺素受体激酶（ ARK）， 负责受体磷酸化
体构象变化，导致受体
和自磷酸化，激活受体本
身的酪氨酸蛋白激酶活性。

细胞生物学第八章细胞信号转导ppt课件

细胞生物学第八章细胞信号转导ppt课件

（1）根据靶细胞上受体存在的部位，可将手提取分为

细胞内受体：位于细胞质基质或核基质中，主要是别和结合小
的脂溶性信号分子。

细胞表面受体：主要识别和结合亲水性信号分子。
（2）根据信号转导机制和受体蛋白类型的不同，细胞报名受体分属 三大家族（尤凯他们详细讲述）
① 离子通道耦联受体
② G蛋白耦联受体
再有就是一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种不同的 胞外信号从而启动细胞不同生物学效应。
（4）第二信使和分子开关
第二信使：是指在胞内产生的小分子，其浓度变化应应答胞外信号 与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。（cAMP、 cGMP、Ca2+、二酰甘油DAG、1,4,5—肌醇三磷酸 IP3）
特性：
1、电荷选择性： 间隙连接的通透能力与底物所带电荷有关。
2、组织特异性：
由不同连接蛋白所构成的连接子，在导电率、通透性
和可调控方面是不同的。由不同连接蛋白组成的异聚体连接子一般具有通透
功能，但在有些情况下却没有通透功能。如：Cx43与Cx40连接蛋白形成间隙
连接时，连接子没有通透功能。
3、动态结构：
（二）信号分子与受体
1、信号分子：是细胞的信息载体，种类繁多，包括化学信号诸如各 类激素、局部介质和神经递质等，以及物理信号诸如声、光、电和 温度变化等。
亲水性和亲脂性信号分子
根据信号分子的溶解性可分为亲水性和亲脂性两类。亲水性信号分子 的主要代表是神经递质、含氮类激素(除甲状腺激素)、局部介质等， 它们不能穿过靶细胞膜，只能通过与细胞表面受体结合，再经信号转 换机制，在细胞内产生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受体的激酶活 性(如蛋白激酶)，跨膜传递信息，以启动一系列反应而产生特定的生 物学效应。

细胞生物学第八章

细胞生物学第八章
号分子影响其它细胞。
3.细胞间形成间隙连接，使细胞质相互沟通—动物
细胞间隙连接、植物细胞胞间连丝通过交换小分
子实现代谢偶联或电偶联的通讯方式。
细胞分泌化学信号的作用方式
（1）内分泌（endocrine）
内分泌腺 激素 血液循环 靶器官（靶细胞）
（2）旁分泌（paracrine） 信号细胞 局部化学介质 细胞外液 临近靶细胞
白磷酸化，通过蛋白磷酸酶使靶蛋白去磷酸化，从而调节 蛋白质的活性。
细胞内信号传导过程中两类分子开关蛋白
蛋白激酶 蛋白磷酸酯酶
二、信号转导系统及其特性
（一）信号转到系统的基本组成与信号蛋白 通过细胞表面受体介导的信号途径由下列4个步骤组成： 1. 信号刺激首先被细胞表面特异性受体所识别； 特异性是识别反应的主要特征，这源于信号分子与互补受 体上的结合位点相适应。 2. 胞外信号（第一信使）通过适当的分子开关机制实现信号 的跨膜转导，产生胞内第二信使或活化的信号蛋白； 绝大多数被激活的细胞表面受体是通过小分子第二信使和 细胞内信号蛋白网络传播信号的。
胞内信号分子
靶蛋白
新陈代谢酶 基因调控蛋白 细胞支架蛋白
从细胞表面到细胞核的信号途径是由细胞内多种不同的信 号蛋白组成的信号传递链，这条信号蛋白链负责实现上述4个 号传递的主要步骤，除细胞表面受体之外还包括如下各类蛋 白质： ① 转承蛋白：负责简单地将信息传给信号链的下一个组分； ② 信使蛋白：携带信号从一部分传递到另一部分； ③ 接头蛋白：连接信号蛋白； ④ 放大和转导蛋白：通常由酶或离子通道蛋白组成介导产生 信号级联反应； ⑤ 传感蛋白：负责信号不同形式的转换； ⑥ 分歧蛋白：将信号从一条途径传播到另外途径； ⑦ 整合蛋白：从2条信号途径接收信号，并在向下传递之前进 行整合； ⑧ 潜在基因调控蛋白：这类蛋白在细胞表面被活化受体激活， 然后迁移到细胞核刺激基因转录。

第八章细胞信号转导

第八章细胞信号转导
◆由第一信使同其膜受体结合后最早在细胞膜 内侧或胞浆中出现
◆仅在细胞内起作用 ◆能启动或调节细胞内稍晚出现的信号应答 ◆对信号的转导起到逐级放大和终止的作用
第十九页，共九十六页。
（2）分子开关：对信号转导进行精确调控
蛋白激酶 蛋白磷酸酶
激活
去活性
通过磷酸化传递信号
通过GTP结合蛋白传递信号
Fig. 细胞内信号转导过程中两类分子开关蛋白
第三节 G蛋白耦联受体介导的信号转导
由三部分组成： 7次跨膜的受体 G蛋白 效应物（酶）
第三十三页，共九十六页。
一 、G蛋白耦联受体的结构与激活
G蛋白耦联受体
第三十四页，共九十六页。
◆ G蛋白的结构与功能
G蛋白（GTP结合蛋白）：参与细胞的多种生
命活动：细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡 运输、微管组装、蛋白质合成
在该系统中，G蛋白在信号转导过程中起着分子开
关的作用，将信号从受体传递给效应物。包括 三个过程：
● G蛋白被受体激活
配体（信号分子）＋受体 受体的构型改变， 提高与G蛋白的亲和力
● G蛋白将信号向效应物转移
受体＋ G蛋白 受体－G蛋白复合物 α 亚基－GTP G蛋白活化 激活效应物 （腺苷酸环化酶）
第三十九页，共九十六页。
（一）以 cAMP为第二信使的信号通路
细胞外信号与相应受体结合，导致细胞内第二信 使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
cAMP作为第二信使主要通过激活蛋白激酶A进行
信号放大。
第四十页，共九十六页。
★cAMP信号通路组成
受体 激活型（Rs) 抑制型（Ri)
活化型(Gs)
受体
生长 因子
类胰岛素样生长因 -1、质膜 表皮生长因子、 血小 受体 板衍生生长因子

细胞生物学 第8章 细胞信号转导

细胞生物学 第8章 细胞信号转导

Adenylate cyclase

④环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMP phosphodiesterase, PDE）：降解
cAMP生成5’-AMP，起终止信号
的作用。
Degredation of cAMP

⑤蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催 化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合， 使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激 活蛋白激酶A的活性。
通过与质膜结合的信号分子与其相接触的靶细胞质膜上的 受体分子相结合，影响其他细胞。如精子和卵子之间的识 别，T与B淋巴细胞间的识别。
3.细胞间隙连接
两个相邻的细胞以连接子（connexon）相联系。
连接子中央为直径1.5nm的亲水性孔道。允许小分 子物质如Ca2+、cAMP通过，有助于相邻同型细胞
1. 信号分子的产生
信号分子
2. 细胞识别（Cell recognition）
受体蛋白 3. 信号转导（Signal transduction） 4. 引发生物学效应 5. 信号的解除
细胞信号转导
指细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)
结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋
白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始
一、G蛋白耦联受体的结构与激活
(一)、 G蛋白 (三聚体GTP结合调节蛋白)
(1) 组成：αβγ三个亚基， β 和γ亚基属于脂锚定蛋白。 (2) 作用：分子开关，α亚基结合GDP处于关闭状态， 结合GTP处于开启状态。α亚基具有GTP酶活性， 能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体 状态。α亚基具有三个功能位点：①GTP结合位点; ②鸟苷三磷酸水解酶(GTPase)活性位点; ③腺苷 酸环化酶结合位点。

细胞生物学_翟中和--第八章

细胞生物学_翟中和--第八章
细胞生物学
信号终止
细胞生物学
（二） 细胞的信号分子与受体
1.细胞的信号分子 （1）亲脂性信号分子：主要代表是甾类激素和甲状腺素，这 类亲脂性分子小、疏水性强，可穿过细胞质膜进入细胞，与细 胞质或细胞核中受体结合形成激素-受体复合物，调节基因表 达; （2）亲水性信号分子：包括神经递质、生长因子、局部化学 递质和大多数激素，它们不能穿过靶细胞质膜的脂双分子层， 只能通过与靶细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞 内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细 胞的应答反应。 （3）气体性信号分子(NO)
Mg2+或Mn2+
细胞生物学
激活型的系统组成 ◆激活型受体：提高膜内 cAMP的水平 ●肾上腺素(β型)受体, 胰 高血糖素受体等 ●此类受体都是7次跨膜的 膜整合蛋白。 ◆激活型的G-蛋白 将受体接收的信号传递给 腺苷酸环化酶，使该酶激活。 ◆效应物 腺苷酸环化酶 C
抑制型的系统组成 ◆抑制型受体(Inhibite Receptor, Ri) 抑制型的受体(Ri)通过Gi抑 制腺苷酸环化酶的活性,降 低膜内cAMP的水平。 ◆抑制型G蛋白(Giproteins) 抑制型的GTP结合蛋白传递 抑制性信号,降低腺苷酸环 化酶的活性。 ◆效应物∶腺苷酸环化酶。
细胞生物学
细胞生物学
二、G-蛋白偶联受体所介导的信号通路 ● cAMP信号通路 ●磷脂酰肌醇信号通路
细胞生物学
（一） 以cAMP信号通路为第二信使的信号通路 该系统属G蛋白偶联受体信号传导； 在该系统中, 细胞外信号要被转换成第二信息 cAMP引起细胞反应。 Gα腺苷酸环化酶
细胞生物学
细胞生物学
细胞生物学
细胞生物学
蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA） 由两个催化亚基和两个调节亚基组成，在没有

细胞生物学第八章细胞信号转导-PPT精选文档

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（ 3 ）自分泌：细胞对自身 分泌的物质产生反应。 （常存在于病理条件下， 如：肿瘤细胞合成并释 放生长因子刺激自身， 导致肿瘤细胞的持续增 殖。）
（ 4 ）化学突触传递神经信 号：神经元受刺激后 ， 电信号以动作电位的形 式，传递到神经末梢 ， 刺激电压门控， Ca2+ 内 流，与突触体素蛋白质 结合，刺激突触前化学 信号（神经递质或神经 肽）小泡的分泌，到达 后膜后，刺激化学和受 体门控， Na+内流转换回 电信号，实现信息传递。 ---- 分类中也可将化学 突触与电突触一起分类 于细胞间的间隙连接。
2、细胞间接触依赖性的通讯
ห้องสมุดไป่ตู้包括细胞—细胞黏 着、细胞—基质 黏着两种通讯方 式。（具体区别 不知）
3、动物相邻细胞间隙连接和植物细胞间的胞间连丝 的通讯方式
（ 1 ）间隙连接：间隙连接 是动物细胞中通过连接 子 (connexons) 进行的 细胞间连接。 在连接点处由连接子造成 间隙，允许小分子的物 质直接通过这种间隙从 一个细胞流向另一个细 胞。由于 cAMP 和 Ca2+ 信 号分子能够通过间隙连 接从一个细胞进入到相 邻细胞，故具有通讯作 用。
(a)间隙连接的结构。 (b) 连接子的二 维结构。 在通道的细胞质面有一个帽形的门，能 够开放或关闭，调节通道中物质的移动。
a、连接子结构：

连接子是间隙连接的基本结构单位。连接子是一种跨膜蛋白。每个连接子由4个或6个 相同或相似的连接蛋白 (connexon)亚基环绕中央形成孔径为 1.5～2nm的水性通道；相 邻两细胞分别用各自的连接子相互对接形成细胞间的通道，允许分子量在1200道尔顿 以下的分子通过。不同组织来源的连接子的分子量大小有很大差别 ,最小的为24,000, 最大的可达46,000道尔顿。
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分子开关：①磷酸化和去磷酸化
②GTP和GDP的交替结合
二、通过细胞内受体介导的信号传递
细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白。 在细胞内，受体与抑制性蛋白结合形成复合物，导 致基因处于非活化状态，配体与受体结合后，导致 抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体的DNA结合 位点被激活。
受体结构域为： 位于C端激素结合位点
放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
细胞间直接接触，不需 要分泌化学信号的释放
（二）细胞识别与信号通路
细胞识别(cell recognition)
指细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选 择性相互作用，引起生理生化变化，最终表现为细 胞整体生物效应的过程。
信号通路(signaling pathway) 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞
不同细胞具有相同受体，但反应各异 如心肌和分泌细胞上的乙酰胆碱受体相同
受体与配体（信号分子）间作用的主要特征 ①特异性； ②饱和性； ③高度的亲和力。
3、第二信使与分子开关(molecular switches)
第二信使学说（second messenger theory）：
由Sutherland于70年代提出，并因此而获得诺贝尔奖。第 二 信使有cAMP、 cGMP、三磷酸肌醇（IP3)、二酰基甘 油(DG)等。
分子）的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少包括两个功 能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域 。
类型：细胞内受体（intracellular receptor）：
受胞外亲脂性信号分子激活
细胞表面受体（cell surface receptor）
受胞外亲水性信号分子激活
同一细胞具有不同受体，受多信号的调控，如心肌 细胞上有乙酰胆碱受体和肾上腺素受体
• 亲脂性信号分子——甾类激素(皮质醇、雌二 醇和睾酮）和甲状腺素，分子小，疏水性强， 可穿过细胞膜进入细胞，介导长时间的持续反 应，与细胞内受体结合，调节基因表达。 •气体信号分子——NO、CO、H2S等
信号分子特点：①特异性；②高效性；
③被灭活性。
2.受体(receptor)
概念：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号
硝酸甘油治疗心绞痛，其作用机理是在体内转化为NO，可 舒张血管，减轻心脏负荷和膜传递
亲水性分子只能与细胞表面受体相结合，
细胞表面受体分为： 离子通道偶联的受体(ion-channel-linked receptor) G蛋白偶联受体(G protein-linked receptor) 酶偶联受体(enzyme-linked receptor)
细胞分泌化学信号的作用方式
内分泌（endocrine）：①低浓度；②全身性；③长时效。 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用
于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同
一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释
细胞通讯与信号传递
一、细胞通讯与细胞识别
（一）细胞通讯（cell communication) 1、定义：指一个细胞发出的信息通过介质传递到另
一个细胞产生相应的反应。 细胞通讯三种方式：
① 通过分泌化学信号进行 ② 细胞间接触性依赖的通讯（contactdependent signaling) ③ 通过间隙连接使细胞质相互沟通
(一）离子通道偶联受体
离子通道偶联受体是由多亚基组成的受体－离子 通道受体，既有信号结合位点，又有离子通道。因 此，又是称为配体门离子通道或递质门离子通道。 具有组织分布特异性，主要存在于神经细胞或其他 可兴奋细胞间的突触信号传递。
N型乙酰胆碱受体、GABA受体、甘氨酸受体等。
乙酰胆碱N受体（260KD） 外周型：5个亚基组成（2） 调节主要为亚基变化 通道开启：Na+ 内流，K+外流， 膜去极化。
外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达， 引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。
（三）信号分子与受体
1 、信号分子(signal molecule)的类型
根据其溶解性分类： 亲水性信号分子——神经递质、生长因子、细胞因子、
局部化学递质、大多数肽类激素，介导短暂的反应， 与细胞表面受体结合，产生第二信使以引起细胞的应 答。 *前列腺素为脂溶性，但不能穿过质膜，与表面受体 结合。
(二) G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体是指配体--受体复合物与靶蛋白 要通过与G蛋白的偶联，在细胞内产生第二信使，从 而将胞外信号转变成胞内信号。三聚体GTP结合调 节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简称 G蛋白。由α、β、γ三个亚基组成，α亚其具有GTP 酶活性。β和γ亚基通过共价结合于膜上。G蛋白在 信号转导过程中起着分子开关的作用，当α亚基与 GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启 状态。
位于中部的DNA结合位点 转录激活结构域
● 甾类激素介导的信号通路 ●一氧化氮介导的信号通路
（A）细胞内受体蛋白作用模型; （B）几种胞内受体蛋白超家族成员
● 甾类激素介导的信号通路
激素与膜内受体
●一氧化氮介导的信号通路
血管内皮细胞接受乙酰胆碱，引起胞内Ca2+浓度升高， 激活一氧化氮合酶，细胞释放NO，NO扩散进入平滑肌细胞， 与胞质鸟苷酸环化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2＋ 结合，改变酶的构象，导致酶活性的增强和cGMP合成增多。 cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+离子浓度。引起血管平滑肌 的舒张，血管扩张、血流通畅。
G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白，受体胞外结构域识别胞外 信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白 耦联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外 信号跨膜传递到胞内。
1、cAMP信号通路
概念：细胞外信号和相应的受体结合，导致胞内第二信使
cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。